Mjerenje gustoće toplinskog toka. Tok topline. Gustoća toplinskog toka. Korišteni instrumenti Fourierovog zakona

GOST 25380-82

Skupina W19

DRŽAVNI STANDARD SSSR SAVEZA

ZGRADE I KONSTRUKCIJE

Metoda za mjerenje gustoće toplinskog toka,

prolazeći kroz ogradne konstrukcije

Zgrade i strukture.

Metoda mjerenja gustoće toplinskih tokova

prolazeći kroz ogradne konstrukcije

Datum uvođenja 1983 - 01-01

ODOBRENO I STUPILO NA SNAGU Rezolucijom Državnog odbora SSSR-a za građevinske poslove od 14. srpnja 1982. br. 182

PONOVNO IZDANJE. lipnja 1987

Ova norma utvrđuje jedinstvenu metodu za određivanje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz jednoslojne i višeslojne konstrukcije za zatvaranje stambenih, javnih, industrijskih i poljoprivrednih zgrada i građevina tijekom eksperimentalnih istraživanja i u radnim uvjetima.

Mjerenja gustoće toplinskog toka provode se pri temperaturama okoline od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50°C) i relativnoj vlažnosti zraka do 85%.

Mjerenja gustoće toplinskog toka omogućuju kvantificiranje toplinsko-tehničkih svojstava ovoja i konstrukcija zgrada te utvrđivanje stvarne potrošnje topline kroz vanjske ovoje zgrada.

Norma se ne odnosi na prozirne ograde.

1. Opće odredbe

1.1. Metoda mjerenja gustoće toplinskog toka temelji se na mjerenju temperaturne razlike preko “pomoćnog zida” (ploče) postavljenog na ovojnici zgrade. Ova temperaturna razlika, proporcionalna smjeru toka topline njegovoj gustoći, pretvara se u emf. baterije termoparova smještenih u “pomoćnom zidu” paralelno duž toplinskog toka i spojenih u seriju duž generiranog signala. "Pomoćni zid" i sklop termoelemenata čine pretvarač toplinskog toka

1.2. Gustoća toplinskog toka mjeri se na ljestvici specijaliziranog uređaja, koji uključuje pretvarač toplinskog toka, ili se izračunava iz rezultata mjerenja emf. na prethodno kalibriranim pretvaračima protoka topline.

Dijagram za mjerenje gustoće toplinskog toka prikazan je na crtežu.

Krug za mjerenje gustoće toplinskog toka

1 - zagradna konstrukcija; 2 - pretvarač protoka topline; 3 - mjerač emf;

Temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka; , , - vanjska temperatura,

unutarnje površine pregradne strukture u blizini i ispod pretvarača;

Toplinska otpornost ograđene strukture i pretvarača toplinskog toka;

Gustoća toplinskog toka prije i nakon fiksiranja pretvarača.

2. Oprema

2.1. Za mjerenje gustoće toplinskih tokova koristi se uređaj ITP-11 (dopuštena je uporaba prethodnog modela uređaja ITP-7) prema tehničkim uvjetima.

Tehničke karakteristike uređaja ITP-11 date su u referentnom Dodatku 1.

2.2. Tijekom toplinsko-tehničkih ispitivanja zatvorenih konstrukcija dopušteno je mjeriti gustoću toplinskih tokova pomoću zasebno proizvedenih i kalibriranih pretvarača toplinskog toka s toplinskim otporom do 0,025-0,06 (sq.m)/W i instrumentima koji mjere generiranu emf. od strane pretvarača.

Dopušteno je koristiti pretvarač koji se koristi u instalaciji za određivanje toplinske vodljivosti u skladu s GOST 7076-78.

2.3. Pretvarači protoka topline prema klauzuli 2.2 moraju ispunjavati sljedeće osnovne zahtjeve:

materijali za "pomoćni zid" (ploča) moraju zadržati svoja fizikalna i mehanička svojstva na temperaturama okoline od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50 ° C);

materijali se ne smiju močiti ili vlažiti vodom u tekućoj i parnoj fazi;

omjer promjera pretvarača i njegove debljine mora biti najmanje 10;

pretvarači moraju imati sigurnosnu zonu smještenu oko banke termoparova, čija linearna veličina mora biti najmanje 30% polumjera ili polovica linearne veličine pretvarača;

svaki proizvedeni pretvarač toplinskog toka mora biti kalibriran u organizacijama koje su u skladu s utvrđenim postupkom dobile pravo na proizvodnju tih pretvarača;

u gore navedenim uvjetima okoline, kalibracijske karakteristike pretvarača moraju se održavati najmanje godinu dana.

2.4. Kalibracija pretvarača prema klauzuli 2.2 može se provesti na postrojenju za određivanje toplinske vodljivosti u skladu s GOST 7076-78, u kojem se gustoća toplinskog toka izračunava na temelju rezultata mjerenja temperaturne razlike na referentnim uzorcima materijala certificiranih u u skladu s GOST 8.140-82 i instaliran umjesto ispitnih uzoraka. Metoda kalibracije za pretvarač toplinskog toka dana je u preporučenom Dodatku 2.

2.5. Pretvarači se provjeravaju najmanje jednom godišnje, kako je navedeno u paragrafima. 2.3, 2.4.

2.6. Za mjerenje emf. pretvarač protoka topline, dopušteno je koristiti prijenosni potenciometar PP-63 u skladu s GOST 9245-79, digitalne voltametre V7-21, F30 ili druge emf mjerače koji imaju izračunatu pogrešku u području izmjerene emf. pretvarač protoka topline ne prelazi 1%, a ulazni otpor nije manji od 10 puta veći od unutarnjeg otpora pretvarača.

Prilikom izvođenja toplinskog ispitivanja zatvorenih konstrukcija pomoću zasebnih pretvarača, poželjno je koristiti automatske sustave i instrumente za snimanje.

3.Priprema za mjerenje

3.1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se, u pravilu, s unutarnje strane ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Dopušteno je mjeriti gustoću toplinskih tokova izvana zatvorenih konstrukcija ako ih je nemoguće izvesti iznutra (agresivno okruženje, fluktuacije parametara zraka), pod uvjetom da se održava stabilna temperatura na površini. Uvjeti prijenosa topline prate se pomoću temperaturne sonde i uređaja za mjerenje gustoće toplinskog toka: kada se mjere tijekom 10 minuta, njihova očitanja moraju biti unutar pogreške mjerenja instrumenata.

3.2. Odabiru se površine koje su specifične ili karakteristične za cjelokupnu ogradnu konstrukciju koja se ispituje, ovisno o potrebi mjerenja lokalne ili prosječne gustoće toplinskog toka.

Područja odabrana za mjerenja na ograđujućoj konstrukciji moraju imati površinski sloj od istog materijala, istu obradu i stanje površine, imati iste uvjete za prijenos topline zračenjem i ne smiju biti u neposrednoj blizini elemenata koji mogu promijeniti smjer i vrijednost toplinskih tokova.

3.3. Područja površine ogradnih konstrukcija na kojima je ugrađen pretvarač toplinskog toka čiste se dok se ne uklone vidljive i opipljive hrapavosti.

3.4. Pretvornik je cijelom svojom površinom čvrsto pritisnut na okvirnu strukturu i fiksiran u tom položaju, osiguravajući stalni kontakt pretvornika protoka topline s površinom područja koja se proučavaju tijekom svih sljedećih mjerenja.

Prilikom pričvršćivanja pretvarača između njega i konstrukcije zatvaranja nije dopušteno stvaranje zračnih raspora. Kako bi ih se uklonili, na površinu na mjestima mjerenja nanosi se tanak sloj tehničkog vazelina koji pokriva površinske neravnine.

Pretvornik se može pričvrstiti uzduž njegove bočne površine pomoću otopine građevinskog gipsa, tehničkog vazelina, plastelina, šipke s oprugom i drugih sredstava koja sprječavaju izobličenje protoka topline u području mjerenja.

3.5. Za radna mjerenja gustoće toplinskog toka, labava površina pretvornika je zalijepljena slojem materijala ili prebojana bojom istog ili sličnog stupnja crnila s razlikom od 0,1 kao i materijal površinskog sloja pretvornika. zagradna struktura.

3.6. Uređaj za očitavanje nalazi se na udaljenosti od 5-8 m od mjesta mjerenja ili u susjednoj prostoriji kako bi se eliminirao utjecaj promatrača na vrijednost protoka topline.

3.7. Kada se koriste uređaji za mjerenje emf koji imaju ograničenja temperature okoline, postavljaju se u prostoriju s temperaturom zraka prihvatljivom za rad ovih uređaja, a pretvarač protoka topline se na njih spaja pomoću produžnih žica.

Pri izvođenju mjerenja uređajem ITP-1 pretvarač toplinskog toka i mjerni uređaj nalaze se u istoj prostoriji, neovisno o temperaturi zraka u prostoriji.

3.8. Oprema prema klauzuli 3.7 priprema se za rad u skladu s uputama za rad odgovarajućeg uređaja, uključujući uzimajući u obzir potrebno vrijeme držanja uređaja za uspostavljanje novog temperaturnog režima u njemu.

4. Uzimanje mjerenja

4.1. Mjerenja gustoće toplinskog toka provode se:

kada koristite uređaj ITP-11 - nakon vraćanja uvjeta izmjene topline u prostoriji u blizini kontrolnih dijelova ogradnih konstrukcija, iskrivljenih tijekom pripremnih operacija, i nakon vraćanja izravno u ispitnom području prethodnog režima prijenosa topline, poremećenog prilikom pričvršćivanja pretvarača;

tijekom termotehničkih ispitivanja pomoću pretvarača toplinskog toka prema klauzuli 2.2 - nakon početka novog stabilnog stanja izmjene topline ispod pretvarača.

Nakon završetka pripremnih radnji prema paragrafima. 3.2-3.5 kada se koristi uređaj ITP-11, način izmjene topline na mjestu mjerenja vraća se za otprilike 5 - 10 minuta, kada se koriste pretvarači protoka topline prema klauzuli 2.2 - nakon 2-6 sati.

Pokazateljem završenosti prijelaznog režima prijelaza topline i mogućnosti mjerenja gustoće toplinskog toka može se smatrati ponovljivost rezultata mjerenja gustoće toplinskog toka unutar utvrđene pogreške mjerenja.

4.2. Pri mjerenju protoka topline u ovojnici zgrade s toplinskim otporom manjim od 0,6 (sq.m)/W, temperatura njezine površine na udaljenosti od 100 mm od pretvarača, ispod njega, te temperatura unutarnje i vanjski zrak na udaljenosti od 100 mm od zida istovremeno se mjere pomoću termoparova.

5. Obrada rezultata

5.1. Kod korištenja uređaja ITP-11 vrijednost gustoće toplinskog toka (W/m2) dobiva se izravno sa ljestvice uređaja.

5.2. Pri uporabi zasebnih pretvarača i milivoltmetara za mjerenje emf. Gustoća toplinskog toka koja prolazi kroz pretvarač, , W/m2, izračunava se pomoću formule

(1)

5.3. Kalibracijski koeficijent pretvarača, uzimajući u obzir temperaturu ispitivanja, određuje se prema preporučenom Dodatku 2.

5.4. Vrijednost gustoće toplinskog toka, W/m², pri mjerenju prema točki 4.3 izračunava se pomoću formule

(2)

Gdje -

i -

temperatura vanjskog zraka nasuprot pretvaraču, K (°C);

površinska temperatura na mjestu mjerenja u blizini sonde, odnosno ispod sonde, K (°C).

5.5. Rezultati mjerenja bilježe se u obliku danom u preporučenom Dodatku 3.

5.6. Rezultat određivanja gustoće toplinskog toka uzima se kao aritmetička sredina rezultata pet mjerenja na jednom mjestu pretvarača na ogradnoj konstrukciji.

Prilog 1

Informacija

Tehničke karakteristike uređaja ITP-11

Uređaj ITP-11 kombinacija je pretvarača toplinskog toka u istosmjerni električni signal s mjernim uređajem čija je ljestvica kalibrirana u jedinicama gustoće toplinskog toka.

1. Granice mjerenja gustoće toplinskog toka: 0-50; 0-250 W/m2

2. Vrijednost podjeljka skale instrumenta: 1; 5 W/m2

3. Glavna pogreška uređaja izražena je u postocima pri temperaturi zraka od 20 °C.

4. Dodatna pogreška od promjena temperature zraka koji okružuje mjerni uređaj ne prelazi 1% za svakih 10 K (°C) promjene temperature u rasponu od 273 do 323 K (od 0 do 50°C).

Dodatna pogreška od promjene temperature pretvarača toplinskog toka ne prelazi 0,83% po 10 K (°C) promjene temperature u rasponu od 273 do 243 K (od 0 do minus 30 °C).

5. Toplinski otpor pretvarača toplinskog toka nije veći od 3·10 (sq/m·K)/W.

6. Vrijeme za utvrđivanje očitanja - ne više od 3,5 minute.

7. Ukupne dimenzije kućišta - 290x175x100 mm.

8. Ukupne dimenzije pretvarača toplinskog toka: promjer 27 mm, debljina 1,85 mm.

9. Ukupne dimenzije mjernog uređaja - 215x115x90 mm.

10 Duljina priključne električne žice je 7 m.

11. Težina uređaja bez kućišta nije veća od 2,5 kg.

12. Napajanje - 3 elementa "316".

Dodatak 2

Metoda kalibracije pretvarača toplinskog toka

Proizvedeni pretvarač toplinskog toka kalibriran je na postrojenju za određivanje toplinske vodljivosti građevinskih materijala prema GOST 7076-78, u kojem se umjesto ispitnog uzorka koristi kalibrirani pretvarač i referentni uzorak materijala prema GOST 8.140-82. instalirani su.

Prilikom kalibracije, prostor između termostatske ploče instalacije i referentnog uzorka izvan pretvarača mora biti ispunjen materijalom koji je po termofizičkim svojstvima sličan materijalu pretvarača kako bi se osigurala jednodimenzionalnost toplinskog toka koji prolazi kroz njega. u radnom području instalacije. Mjerenje E.M.F na pretvaraču i referentnom uzorku provodi se jednim od uređaja navedenih u točki 2.6 ove norme.

Kalibracijski koeficijent pretvarača, W/(sq.m·mV) pri zadanoj prosječnoj temperaturi eksperimenta nalazi se iz rezultata mjerenja gustoće toplinskog toka i emf. prema sljedećoj relaciji

Gustoća toplinskog toka izračunava se iz rezultata mjerenja temperaturne razlike na referentnom uzorku pomoću formule


Gdje		toplinska vodljivost referentnog materijala, W/(m.K);
		temperatura gornje i donje površine etalona, K(°C);
		standardna debljina, m.

Preporuča se odabrati prosječnu temperaturu u pokusima pri kalibraciji pretvarača u rasponu od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50 °C) i održavati je s odstupanjem od najviše ±2 K (°C).

Rezultat određivanja koeficijenta pretvarača uzima se kao aritmetička sredina vrijednosti izračunatih iz rezultata mjerenja najmanje 10 eksperimenata. Broj značajnih znamenki u vrijednosti kalibracijskog koeficijenta pretvarača uzima se u skladu s greškom mjerenja.

Temperaturni koeficijent pretvarača, K (), nalazi se iz rezultata mjerenja emf. u kalibracijskim pokusima pri različitim prosječnim temperaturama pretvarača prema omjeru


Gdje ,	Prosječne temperature pretvarača u dva pokusa, K (°C);
	Kalibracijski koeficijenti pretvarača pri prosječnoj temperaturi odnosno, W/(sq.m·V).

Razlika između prosječnih temperatura mora biti najmanje 40 K (°C).

Kao rezultat određivanja temperaturnog koeficijenta pretvarača uzima se aritmetička srednja vrijednost gustoće, izračunata iz rezultata najmanje 10 pokusa s različitim prosječnim temperaturama pretvarača.

Vrijednost kalibracijskog koeficijenta pretvarača toplinskog toka na ispitnoj temperaturi, W/(sq.m mV), nalazi se pomoću sljedeće formule

Gdje

(Vrijednost kalibracijskog koeficijenta pretvarača na ispitnoj temperaturi

W/(m2 mV)

Tip i broj mjernog uređaja


Vrsta ograde		Očitavanje uređaja, mV		Vrijednost gustoće toplinskog toka
juha od kupusa konst-	Broj parcele	Mjerni broj	Prosjek za područje	skaliran	stvaran
ruke

Potpis operatera ___________________

Datum mjerenja ___________

Tekst dokumenta ovjerava se prema:

službena objava

Gosstroy SSSR -

M.: Izdavačka kuća za standarde, 1988

1 Osnovni pojmovi i definicije - temperaturno polje, gradijent, toplinski tok, gustoća toplinskog toka (q, Q), Fourierov zakon.

Temperaturno polje– skup vrijednosti temperature u svim točkama proučavanog prostora za svaki trenutak vremena..gif" width="131" height="32 src=">

Količina topline, W, koja prolazi u jedinici vremena kroz izotermnu površinu površine F naziva se protok topline a određuje se iz izraza: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, naziva se gustoća toplinskog toka: .

Odnos između količine topline dQ, J, koja za vrijeme dt prolazi kroz elementarnu površinu dF koja se nalazi na izotermnoj površini, i temperaturnog gradijenta dt/dn uspostavlja se Fourierovim zakonom: .

2. Jednadžba toplinske vodljivosti, uvjeti jedinstvenosti.

Diferencijalna jednadžba toplinske vodljivosti izvedena je uz sljedeće pretpostavke:

Tijelo je homogeno i izotropno;

Fizički parametri su konstantni;

Deformacija volumena koji se razmatra povezana je s promjenom temperature vrlo je mala u usporedbi sa samim volumenom;

Unutarnji izvori topline u tijelu, koji su opći slučaj može se dati kao , ravnomjerno su raspoređeni.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image009_5.gif" width="195" height="45 src=">.

Diferencijalna jednadžba toplinske vodljivosti uspostavlja vezu između vremenskih i prostornih promjena temperature u bilo kojoj točki tijela u kojoj se odvija proces toplinske vodljivosti.

Ako uzmemo konstantu termofizičkih karakteristika, što je pretpostavljeno pri izvođenju jednadžbe, tada difur ima oblik: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height= "44"> - koeficijent toplinske difuzije.

I , Gdje - Laplaceov operator u Kartezijevom koordinatnom sustavu.

Zatim .

Uvjeti jedinstvenosti ili rubni uvjeti uključuju:

Geometrijski uvjeti,

3. Toplinska vodljivost u zidu (rubni uvjeti 1. vrste).

Toplinska vodljivost jednoslojne stijenke.

Promotrimo homogenu ravnu stijenku debljine d. Temperature tc1 i tc2 održavaju se konstantnima tijekom vremena na vanjskim površinama stijenke. Toplinska vodljivost materijala stijenke je konstantna i jednaka l.

Osim toga, u stacionarnom načinu rada temperatura se mijenja samo u smjeru okomitom na ravninu hrpe (0x os): ..gif" width="129" height="47">

Odredimo gustoću toplinskog toka kroz ravnu stijenku. U skladu s Fourierovim zakonom, uzimajući u obzir jednakost (*), možemo napisati: .

Stoga (**).

Razlika u vrijednostima temperature u jednadžbi (**) naziva se temperaturna razlika. Iz ove jednadžbe je jasno da se gustoća toplinskog toka q mijenja izravno proporcionalno toplinskoj vodljivosti l i temperaturnoj razlici Dt te obrnuto proporcionalno debljini stijenke d.

Omjer se naziva toplinska vodljivost zida, a njegova inverzna vrijednost je https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Toplinsku vodljivost l treba uzeti pri prosječnoj temperaturi zida.

Toplinska vodljivost višeslojne stijenke.

Za svaki sloj: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Za usporedbu svojstava toplinske vodljivosti višeslojne ravne stijenke sa svojstvima homogenih materijala, koncept ekvivalentna toplinska vodljivost. To je toplinska vodljivost jednoslojnog zida, čija je debljina jednaka debljini višeslojnog zida koji se razmatra, tj..gif" width="331" height="52">

Odavde imamo:

4. Prolaz topline kroz ravnu stijenku (rubni uvjeti 3. vrste).

Prijenos topline s jednog pokretnog medija (tekućine ili plina) na drugi kroz čvrstu stijenku bilo kojeg oblika koja ih razdvaja naziva se prijenos topline. Osobitosti procesa na granicama stijenke tijekom prijenosa topline karakteriziraju rubni uvjeti treće vrste, koji su postavljeni vrijednostima temperature tekućine s jedne i druge strane stijenke, kao i odgovarajuće vrijednosti koeficijenata prolaza topline.

Promotrimo stacionarni proces prijenosa topline kroz beskonačnu homogenu ravnu stijenku debljine d. Određena je toplinska vodljivost stijenke l, temperature okoline tl1 i tl2 te koeficijenti prolaza topline a1 i a2. Potrebno je pronaći protok topline od vruće tekućine prema hladnoj te temperature na plohama stijenki tc1 i tc2. Gustoća toplinskog toka od vrućeg medija do stijenke određena je jednadžbom: . Isti tok topline prenosi se toplinskom vodljivošću kroz čvrstu stijenku: a od druge površine zida prema hladnom okruženju: DIV_ADBLOCK119">

Zatim https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> – koeficijent prolaza topline, numerička vrijednost k izražava količinu topline koja prolazi kroz jedinicu površine zida po jedinici vremena pri temperaturnoj razlici između vrućeg i hladnog okruženja od 1K i ima istu mjernu jedinicu kao koeficijent prijenosa topline, J/(s*m2K ) ili W/(m2K).

Recipročna vrijednost koeficijenta prolaza topline naziva se toplinska otpornost na prijenos topline:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25">toplinska otpornost na toplinsku vodljivost.

Za višeslojni zid .

Gustoća toplinskog toka kroz višeslojnu stijenku: .

Toplinski tok Q, W koji prolazi kroz ravnu stijenku površine F jednak je: .

Temperatura na granici bilo koja dva sloja pod rubnim uvjetima treće vrste može se odrediti jednadžbom . Temperaturu možete odrediti i grafički.

5. Toplinska vodljivost u cilindričnoj stijenci (rubni uvjeti 1. vrste).

Promotrimo stacionarni proces provođenja topline kroz homogenu cilindričnu stijenku (cijev) duljine l unutarnjeg radijusa r1 i vanjskog radijusa r2. Toplinska vodljivost materijala stijenke l je konstantna vrijednost. Na površini zida postavljene su konstantne temperature tc1 i tc2.

U slučaju (l>>r) izotermne plohe će biti cilindrične, a temperaturno polje će biti jednodimenzionalno. To jest, t=f(r), gdje je r trenutna koordinata cilindričnog sustava, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Uvođenje nove varijable omogućuje nam da jednadžbu dovedemo u oblik: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, imamo :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image049.gif" width="253" height="25 src=">.

Zamjena vrijednosti C1 i C2 u jednadžbu , dobivamo:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image051.gif" width="277" height="25 src=">.

Ovaj izraz je jednadžba logaritamske krivulje. Prema tome, unutar homogene cilindrične stijenke na konstantna vrijednost toplinska vodljivost, temperatura se mijenja prema logaritamskom zakonu.

Da biste pronašli količinu topline koja prolazi kroz cilindričnu stijenku s površinom F po jedinici vremena, možete koristiti Fourierov zakon:

Zamjena vrijednosti gradijenta temperature u jednadžbu Fourierovog zakona prema jednadžbi dobivamo: (*) ® vrijednost Q ne ovisi o debljini stijenke, već o omjeru njenog vanjskog i unutarnjeg promjera.

Ako uzmemo toplinski tok po jedinici duljine cilindričnog zida, tada se jednadžba (*) može napisati u obliku https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height="52 src="> je toplinska otpornost na toplinsku vodljivost cilindrične stijenke.

Za višeslojni cilindrični zid https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Prijelaz topline kroz cilindričnu stijenku (rubni uvjeti 3. vrste).

Promotrimo homogenu cilindričnu stijenku velike duljine s unutarnjim promjerom d1, vanjskim promjerom d2 i konstantnom toplinskom vodljivošću. Date su vrijednosti temperature tl1 i hladnoće tl2 medija te koeficijenti prolaza topline a1 i a2. za stacionarni način možemo napisati:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image060.gif" width="116" height="75 src=">.gif" width="157" height="25 src=">

Gdje - linearni koeficijent prijenosa topline, karakterizira intenzitet prijenosa topline s jedne tekućine na drugu kroz zid koji ih razdvaja; brojčano jednaka količini topline koja prijeđe s jednog medija na drugi kroz stijenku cijevi duljine 1 m u jedinici vremena s temperaturnom razlikom između njih od 1 K.

Recipročna vrijednost linearnog koeficijenta prolaza topline naziva se linearni toplinski otpor prijenosu topline.

Za višeslojnu stijenku, linearni toplinski otpor prijenosu topline zbroj je linearnog otpora prijenosu topline i zbroja linearnog toplinskog otpora toplinske vodljivosti slojeva.

Temperature na granici između slojeva: https://pandia.ru/text/78/654/images/image065.gif" width="145" height="29">; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image068.gif" width="160" height="25 src=">

Gdje – koeficijent prolaza topline za sferni zid.

Recipročna vrijednost koeficijenta prolaza topline sferne stijenke naziva se toplinski otpor prijenosu topline sferne stijenke.

Granični uvjetija ljubazan.

Neka postoji kugla polumjera unutarnje i vanjske površine r1 i r2, konstantne toplinske vodljivosti i sa zadanim ravnomjerno raspoređenim površinskim temperaturama tc1 i tc2.

U tim uvjetima temperatura ovisi samo o polumjeru r. Prema Fourierovom zakonu toplinski tok kroz sferni zid jednak je: .

Integracija jednadžbe daje sljedeću raspodjelu temperature u sfernom sloju:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image073.gif" width="316" height="108">;

Stoga , d - debljina stijenke.

Raspodjela temperature: ® pri konstantnoj toplinskoj vodljivosti temperatura u sfernoj stijenci se mijenja po zakonu hiperbole.

8. Toplinski otpori.

Jednoslojni ravni zid:

Rubni uvjeti 1. vrste

Omjer se naziva toplinska vodljivost zida, a njegova inverzna vrijednost je https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Jednoslojni cilindrični zid:

Rubni uvjeti 1. vrste

Vrijednost https://pandia.ru/text/78/654/images/image076.gif" width="147" height="56 src=">)

Rubni uvjeti 3. vrste

Linearni toplinski otpor prijenosu topline: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53">(višeslojni zid)

9. Kritični promjer izolacije.

Razmotrimo slučaj kada je cijev prekrivena jednoslojnom toplinskom izolacijom vanjskog promjera d3. uzimajući u obzir koeficijente prolaza topline a1 i a2, temperature obje tekućine tl1 i tl2, toplinsku vodljivost cijevi l1 i izolaciju l2 kao zadane i konstantne.

Prema jednadžbi , izraz za linearni toplinski otpor prijenosu topline kroz dvoslojnu cilindričnu stijenku ima oblik: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> će se povećati, a izraz smanjiti. Drugim riječima, povećanje vanjskog promjera izolacije povlači za sobom povećanje toplinskog otpora toplinske vodljivosti izolacije i smanjenje toplinskog otpora prijenosu topline na njegovoj vanjskoj površini. Potonji je zbog povećanja površine vanjske površine.

Ekstrem funkcije Rl – – kritični promjer označava se kao dcr. Služi kao pokazatelj prikladnosti materijala za korištenje kao toplinska izolacija za cijev zadanog vanjskog promjera d2 pri zadanom koeficijentu prijenosa topline a2.

10. Izbor toplinske izolacije prema kritičnom promjeru.

Vidi pitanje 9. Promjer izolacije mora biti veći od kritičnog promjera izolacije.

11. Prijenos topline kroz rebrastu stijenku. Koeficijent peraje.

Promotrimo rebrasti zid debljine d i toplinske vodljivosti l. Na glatkoj strani površina je F1, a na rebrastoj strani F2. Zadane su temperature tl1 i tl2, konstantne tijekom vremena, kao i koeficijenti prolaza topline a1 i a2.

Označimo temperaturu glatke površine s tc1. Uzmimo da je temperatura površina rebara i same stijenke ista i jednaka tc2. Ova pretpostavka, općenito govoreći, ne odgovara stvarnosti, ali pojednostavljuje izračune i često se koristi.

Za tl1 > tl2 mogu se napisati sljedeći izrazi za toplinski tok Q:

;;https://pandia.ru/text/78/654/images/image086.gif" width="148" height="28 src=">

Gdje – koeficijent prolaza topline za rebrasti zid.

Pri izračunu gustoće toplinskog toka po jedinici nerebraste površine zida dobivamo: . k1 – koeficijent prolaza topline vezan za nerebrastu površinu zida.

Naziva se omjer površine rebraste površine prema površini glatke površine F2/F1 koeficijent rebarenja.

12. Nestacionarna toplinska vodljivost. Točka vodiča. Fizičko značenje Bi, Fo.

Nestacionarna toplinska vodljivost je proces u kojem temperatura u dana točkačvrsto tijelo se mijenja tijekom vremena; skup naznačenih temperatura tvori nestacionarno temperaturno polje, čije je određivanje glavna zadaća nestacionarne toplinske vodljivosti. Procesi nestacionarne toplinske vodljivosti imaju veliki značaj za instalacije za grijanje, ventilaciju, klimatizaciju, opskrbu toplinom i proizvodnju topline. Ograde zgrada podliježu vremenski promjenljivim toplinskim utjecajima kako iz vanjskog zraka tako i iz prostorije, tako da se u masi ograđene konstrukcije odvija proces nestacionarne toplinske vodljivosti. Problem pronalaženja trodimenzionalnog temperaturnog polja može se formulirati u skladu s načelima navedenim u odjeljku " matematička formulacija problemi prijenosa topline". Formulacija problema uključuje jednadžbu toplinske vodljivosti: , gdje je koeficijent toplinske difuzije m2/s, kao i uvjete jedinstvenosti koji omogućuju odabir jedinstvenog rješenja iz skupa rješenja jednadžbe koji se razlikuju u vrijednostima integracijskih konstanti.

Uvjeti jedinstvenosti uključuju početne i rubne uvjete. Početni uvjeti zadaju vrijednosti željene funkcije t u početnom trenutku kroz cijelo područje D. Kao područje D u kojem je potrebno pronaći temperaturno polje smatrat ćemo pravokutni paralelopiped dimenzija 2d, 2ly, 2lz npr. element građevne konstrukcije. Tada se početni uvjeti mogu napisati u obliku: pri t = 0 i - d £ x £ d; - ly£u£ly; -lz£z£lz imamo t = t(x, y, z,0) = t0(x, y, z). Iz ovog zapisa jasno je da se ishodište Kartezijevog koordinatnog sustava nalazi u središtu simetrije paralelopipeda.

Rubne uvjete formulirajmo u obliku rubnih uvjeta treće vrste, koji se često susreću u praksi. Rubni uvjeti treće vrste određuju koeficijent prijenosa topline i temperaturu okoline za bilo koji vremenski trenutak na granicama područja D. Općenito, na razna područja površine S regije D, ove vrijednosti mogu biti različite. Za slučaj istog koeficijenta prolaza topline a preko cijele površine S i iste temperature okoline tl, rubni uvjeti treće vrste pri t >0 mogu se napisati kao: ; ;

Gdje . S – površina koja ograničava površinu D.

Temperatura u svakoj od tri jednadžbe uzima se na odgovarajućoj plohi paralelopipeda.

Razmotrimo analitičko rješenje gore formuliranog problema u jednodimenzionalnoj verziji, tj. pod uvjetom ly, lz »d. U tom slučaju potrebno je pronaći temperaturno polje oblika t = t(x, t). Zapišimo izjavu problema:

jednadžba ;

početni uvjet: pri t = 0 imamo t(x, 0) = t0 = const;

rubni uvjet: pri x = ±d, t > 0 imamo https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Zadatak je dobiti specifičnu formulu t = t(x, t), koja omogućuje pronalaženje temperature t u bilo kojoj točki na ploči u proizvoljnom trenutku u vremenu.

Formulirajmo problem u bezdimenzionalnim varijablama, to će smanjiti unose i učiniti rješenje univerzalnijim. Bezdimenzijska temperatura jednaka je , bezdimenzijska koordinata jednaka je X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, gdje - Bio broj.

Formulacija problema u bezdimenzionalnom obliku sadrži jedan jedini parametar - Biotov broj, koji je u ovom slučaju kriterij, budući da se sastoji samo od veličina uključenih u uvjet jedinstvenosti. Upotreba Biot broja povezana je s pronalaženjem temperaturnog polja u krutom tijelu, stoga je nazivnik Bi toplinska vodljivost krutog tijela. Bi je unaprijed određeni parametar i predstavlja kriterij.

Ako uzmemo u obzir 2 procesa nestacionarne toplinske vodljivosti s istim Biotovim brojevima, tada su, prema trećem teoremu sličnosti, ti procesi slični. To znači da će u sličnim točkama (tj. na X1=X2; Fo1=Fo2) bezdimenzionalne temperature biti numerički jednake: Q1=Q2. stoga ćemo, napravivši jedan izračun u bezdimenzionalnom obliku, dobiti rezultat koji vrijedi za klasu sličnih pojava koje se mogu razlikovati u dimenzijskim parametrima a, l, d, t0 i tl.

13. Nestacionarna toplinska vodljivost za neomeđenu ravnu stijenku.

Vidi pitanje 12.

17. Jednadžba energije. Uvjeti jednoznačnosti.

Energetska jednadžba opisuje proces prijenosa topline u materijalno okruženje. Štoviše, njegova distribucija povezana je s transformacijom u druge oblike energije. Zakon održanja energije u odnosu na procese njezine transformacije formuliran je u obliku prvog zakona termodinamike, koji je temelj za izvođenje jednadžbe energije. Pretpostavlja se da je medij u kojem se toplina širi kontinuiran; može biti stacionarna ili pokretna. Budući da je slučaj pokretnog medija općenitiji, koristimo izraz prvog zakona termodinamike za protok: (17.1) , gdje je q – unos topline, J/kg; h – entalpija, J/kg; w – brzina medija u promatranoj točki, m/s; g – ubrzanje slobodan pad; z – visina na kojoj se nalazi razmatrani element okoline, m; ltr – rad protiv sila unutarnjeg trenja, J/kg.

U skladu s jednadžbom 17.1, unesena toplina se troši za povećanje entalpije, kinematičke energije i potencijalna energija u polju gravitacije, kao i za obavljanje rada protiv viskoznih sila..gif" width="265 height=28" height="28"> (17.2) .

Jer (17.3) .

Izračunajmo količinu ulazne i izlazne topline u jedinici vremena za srednji element u obliku pravokutnog paralelopipeda, čije su dimenzije dovoljno male da se unutar njegovih granica može pretpostaviti linearna promjena gustoće toplinskog toka..gif " width="236" height="52 ">; njihova razlika je .

Provodeći sličnu operaciju za osi 0y i 0z, dobivamo redom razlike: https://pandia.ru/text/78/654/images/image112.gif" width="93" height="47 src= ">. Zbrajanjem sve tri razlike dobivamo rezultirajuću količinu topline dovedenu (ili odvedenu) elementu po jedinici vremena.

Ograničimo se na slučaj strujanja s umjerenom brzinom, tada je količina dovedene topline jednaka promjeni entalpije. Ako pretpostavimo da je elementarni paralelopiped nepomično fiksiran u prostoru i da su njegova lica propusna za strujanje, tada se naznačeni odnos može prikazati u obliku: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif " width="18" height="31"> – brzina promjene entalpije u fiksnoj točki prostora prekrivenoj elementarnim paralelopipedom; znak minus uvodi se radi usklađivanja prijenosa topline i promjene entalpije: rezultirajuća toplina priljev<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Izvođenje energetske jednadžbe dovršava se zamjenom izraza (17.6) i (17.10) u jednadžbu (17.4). budući da je ova operacija formalna, izvršit ćemo transformacije samo za 0x os: (17.11) .

Uz konstantne fizičke parametre medija dobivamo sljedeći izraz za derivaciju: (17.12) . Dobivši slične izraze za projekcije na druge osi, sastavljamo iz njih zbroj u zagradama na desnoj strani jednadžbe (17.4). I nakon nekih transformacija dobivamo energetska jednadžba za nestlačivi medij pri umjerenim brzinama strujanja:

(17.13) .

Lijeva strana jednadžbe karakterizira brzinu promjene temperature pokretne čestice tekućine. Desna strana jednadžbe je zbroj izvedenica oblika i stoga određuje rezultirajući dovod (ili odvod) topline zbog toplinske vodljivosti.

Dakle, jednadžba energije ima jasno fizičko značenje: promjena temperature pokretne pojedinačne čestice tekućine (lijeva strana) određena je priljevom topline u tu česticu iz okolne tekućine zbog toplinske vodljivosti (desna strana).

Za stacionarni medij, konvektivni termini https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src= ">.

Uvjeti jednoznačnosti.

Diferencijalne jednadžbe imaju beskonačan skup rješenja, ta se činjenica formalno odražava u prisutnosti proizvoljnih konstanti integracije. Za rješavanje specifičnog inženjerskog problema potrebno je dodati neke jednadžbe dodatni uvjeti, povezana sa suštinom i posebnostima ovog zadatka.

Polja potrebnih funkcija - temperatura, brzina i tlak - nalaze se u određenom području, za koje je potrebno zadati oblik i dimenzije, te u određenom vremenskom intervalu. Za izvođenje jedinstvenog rješenja problema iz skupa mogućih, potrebno je postaviti vrijednosti traženih funkcija: u početnom trenutku vremena u cijeloj regiji koja se razmatra; u bilo koje vrijeme na granicama regije koja se razmatra.

I. Mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade. GOST 25380-82.

Toplinski tok je količina topline prenesena kroz izotermnu površinu u jedinici vremena. Protok topline mjeri se u vatima ili kcal/h (1 W = 0,86 kcal/h). Toplinski tok po jedinici izotermne površine naziva se gustoća toplinskog toka ili toplinsko opterećenje; obično se označava s q, mjereno u W/m2 ili kcal/(m2×h). Gustoća toplinskog toka je vektor čija je svaka komponenta brojčano jednaka količini topline prenesenoj u jedinici vremena kroz jedinicu površine okomito na smjer uzete komponente.

Mjerenja gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz zatvorene konstrukcije provode se u skladu s GOST 25380-82 "Zgrade i strukture. Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz zatvarajuće konstrukcije."

Ova norma utvrđuje jedinstvenu metodu za određivanje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz jednoslojne i višeslojne konstrukcije za zatvaranje stambenih, javnih, industrijskih i poljoprivrednih zgrada i građevina na eksperimentalna studija i pod njihovim radnim uvjetima.

Gustoća toplinskog toka mjeri se na ljestvici specijaliziranog uređaja, koji uključuje pretvarač toplinskog toka, ili se izračunava iz rezultata mjerenja emf. na prethodno kalibriranim pretvaračima protoka topline.

Dijagram za mjerenje gustoće toplinskog toka prikazan je na crtežu.

1 - zagradna konstrukcija; 2—pretvarač toplinskog toka; 3 - mjerač emf;

tv, tn — temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka;

τn, τv, τ"v — temperatura vanjske i unutarnje površine pregradne konstrukcije u blizini i ispod pretvarača;

R1, R2 - toplinski otpor konstrukcije zatvaranja i pretvarača toplinskog toka;

q1, q2 - gustoća toplinskog toka prije i nakon fiksiranja pretvarača

II. Infracrveno zračenje. Izvori. Zaštita.

Zaštita od infracrvenog zračenja na radnom mjestu.

Izvor infracrvenog zračenja (IR) je svako zagrijano tijelo čija temperatura određuje intenzitet i spektar emitirane elektromagnetske energije. Valna duljina s maksimalnom energijom toplinsko zračenje određuje se formulom:

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

gdje je T apsolutna temperatura tijela koje zrači, K.

Infracrveno zračenje dijeli se na tri područja:

· kratkovalni (X = 0,7 - 1,4 µm);

srednji val (k = 1,4 - 3,0 µm):

· dugovalni (k = 3,0 µm - 1,0 mm).

Električni valovi u infracrvenom području imaju uglavnom toplinski učinak na ljudsko tijelo. U ovom slučaju, potrebno je uzeti u obzir: intenzitet i valnu duljinu s maksimalnom energijom; površina zračenja; trajanje izloženosti po radnom danu i trajanje kontinuirane izloženosti; intenzitet fizičkog rada i mobilnost zraka na radnom mjestu; kvaliteta radne odjeće; individualne karakteristike radeći.

Kratkovalne zrake valne duljine λ ≤ 1,4 μm imaju sposobnost prodiranja nekoliko centimetara u tkivo ljudskog tijela. Takvo infracrveno zračenje lako prodire kroz kožu i lubanju u tkivo mozga i može utjecati na moždane stanice uzrokujući teška oštećenja čiji su simptomi povraćanje, vrtoglavica, širenje krvnih žila kože, pad krvnog tlaka i poremećaji cirkulacije. .. i disanje, konvulzije, a ponekad i gubitak svijesti. Pri ozračivanju kratkovalnim infracrvenim zrakama također se uočava povećanje temperature pluća, bubrega, mišića i drugih organa. U krvi, limfi i cerebrospinalnoj tekućini specifični biološki djelatne tvari, dolazi do poremećaja u metaboličkim procesima, a funkcionalno stanje središnjeg živčanog sustava se mijenja.

Srednjovalne zrake valne duljine λ = 1,4 - 3,0 µm zadržavaju se u površinskim slojevima kože na dubini od 0,1 - 0,2 mm. Stoga se njihov fiziološki učinak na organizam očituje uglavnom u povećanju temperature kože i zagrijavanju tijela.

Najintenzivnije zagrijavanje površine ljudske kože događa se kod IC zračenja s λ > 3 μm. Pod njegovim utjecajem dolazi do poremećaja aktivnosti kardiovaskularnog i dišnog sustava, kao i toplinske ravnoteže organizma, što može dovesti do toplinskog udara.

Intenzitet toplinskog zračenja reguliran je na temelju subjektivni osjećaj energija ljudskog zračenja. Prema GOST 12.1.005-88, intenzitet toplinskog zračenja tehnološke opreme i rasvjetnih uređaja koji rade s grijanih površina ne smije prelaziti: 35 W/m2 pri ozračivanju više od 50% površine tijela; 70 W/m2 uz zračenje od 25 do 50% površine tijela; 100 W/m2 uz zračenje ne više od 25% površine tijela. Iz otvorenih izvora (zagrijani metal i staklo, otvoreni plamen) intenzitet toplinskog zračenja ne smije biti veći od 140 W/m2 uz ozračenje najviše 25% površine tijela i obveznu uporabu osobne zaštitne opreme, uključujući lice i oči. .

Norme također ograničavaju temperaturu zagrijanih površina opreme u radnom prostoru, koja ne smije prelaziti 45 °C.

Površinska temperatura opreme, čija je unutrašnjost blizu 100 0C, ne bi trebala prelaziti 35 0C.

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2] (2)

Glavne vrste zaštite od infracrvenog zračenja uključuju:

1. vremenska zaštita;

2. zaštita daljinom;

3. zaštita, toplinska izolacija ili hlađenje vrućih površina;

4. povećanje prijenosa topline iz ljudskog tijela;

5. osobna zaštitna oprema;

6. uklanjanje izvora topline.

Vremenska zaštita predviđa ograničenje vremena boravka radnika u zoni zračenja. Sigurno vrijeme boravka osobe u području infracrvenog zračenja ovisi o njegovom intenzitetu (gustoći toka) i određuje se prema tablici 1.

stol 1

Vrijeme sigurnog boravka ljudi u zoni IR zračenja

Sigurna udaljenost određuje se formulom (2) ovisno o trajanju boravka u radnom prostoru i dopuštenoj gustoći IC zračenja.

Snaga IR zračenja može se smanjiti konstrukcijskim i tehnološkim rješenjima (zamjena načina i načina zagrijavanja proizvoda i sl.), kao i oblaganjem grijanih površina toplinsko-izolacijskim materijalima.

Postoje tri vrste ekrana:

· neproziran;

· transparentan;

· proziran.

Energija u neprozirnim zaslonima elektromagnetske vibracije, u interakciji sa supstancom ekrana, pretvara se u toplinu. U tom se slučaju zaslon zagrijava i, kao i svako zagrijano tijelo, postaje izvor toplinskog zračenja. Zračenje s površine zaslona nasuprot izvoru konvencionalno se smatra emitiranim zračenjem iz izvora. Neprozirni zasloni uključuju: metalne, alfolične (izrađene od aluminijska folija), porozni (pjenasti beton, pjenasto staklo, ekspandirana glina, plovućac), azbest i drugi.

U prozirnim zaslonima, zračenje se unutar njih širi prema zakonima geometrijska optika, koji osigurava vidljivost kroz ekran. Ovi paravani se izrađuju od raznih stakala, a koriste se i filmske vodene zavjese (slobodne i tekuće niz staklo).

Prozirni zasloni kombiniraju svojstva prozirnih i netransparentnih zaslona. Tu spadaju metalne mreže, lančane zavjese, paravani od stakla ojačanog metalnom mrežom.

· reflektirajuća toplina;

· upijanje topline;

· odvođenje topline.

Ova podjela je prilično proizvoljna, budući da svaki zaslon ima sposobnost reflektiranja, upijanja i odvođenja topline. Dodjela ekrana jednoj ili drugoj skupini određena je prema tome koja je njegova sposobnost izraženija.

Zasloni koji reflektiraju toplinu imaju nizak stupanj površinske emisivnosti, zbog čega reflektiraju značajan dio energije zračenja koja pada na njih u suprotnom smjeru. Alfol, aluminijski lim i pocinčani čelik koriste se kao materijali koji reflektiraju toplinu.

Zasloni koji apsorbiraju toplinu nazivaju se zasloni izrađeni od materijala visoke toplinske otpornosti (niske toplinske vodljivosti). Kao materijali za upijanje topline koriste se vatrootporne i toplinski izolacijska opeka, azbest i troska.

Najčešće korišteni zasloni za uklanjanje topline su vodene zavjese, koje slobodno padaju u obliku filma, bilo da navodnjavaju drugu zaštitnu površinu (na primjer, metal), ili su zatvorene u posebno kućište od stakla ili metala.

E = (q - q3) / q (3)

E = (t - t3) / t (4)

q3 — gustoća toka IR zračenja korištenjem zaštite, W/m2;

t je temperatura IR zračenja bez zaštite, °C;

t3 je temperatura IR zračenja uz korištenje zaštite, °C.

Strujanje zraka usmjereno izravno na radnika omogućuje povećanje odvođenja topline s njegova tijela okoliš. Odabir brzine strujanja zraka ovisi o težini posla i intenzitetu infracrvenog zračenja, ali ne smije prelaziti 5 m/s, jer u tom slučaju radnik doživljava neugodne osjećaje (npr. tinitus). Učinkovitost zračnih tuševa povećava se kada se protok zraka ohladi. radno mjesto zraka ili miješanjem s njim fino raspršene vode (vodeno-zračni tuš).

Kao osobna zaštitna oprema koristi se specijalna odjeća od pamučnih i vunenih tkanina te tkanina presvučena metalom (reflektiraju do 90% IC zračenja). Za zaštitu očiju koriste se naočale i štitnici s posebnim staklima - svjetlosni filtri žuto-zelene ili plave boje.

Terapeutske i preventivne mjere uključuju organizaciju racionalnog režima rada i odmora. Trajanje pauza u radu i njihova učestalost određuju se intenzitetom IC zračenja i težinom rada. Uz periodične kontrole provode se i zdravstveni pregledi radi sprječavanja profesionalnih bolesti.

III. Korišteni instrumenti.

Za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade i za provjeru svojstava toplinsko-zaštitnih zaslona, naši su stručnjaci razvili serijske uređaje.

Područje primjene:

Pronađeni uređaji serije IPP-2 široka primjena u građevinarstvu, znanstvene organizacije, na raznim energetskim objektima iu mnogim drugim industrijama.

Mjerenje gustoće toplinskog toka, kao pokazatelja toplinsko-izolacijskih svojstava različitih materijala, uređajima serije IPP-2 provodi se na:

Ispitivanje ogradnih konstrukcija;

Određivanje toplinskih gubitaka u mrežama za grijanje vode;

Obavljanje laboratorijskog rada na sveučilištima (katedre “Sigurnost života”, “Industrijska ekologija” itd.).

Na slici je prikazan prototip postolja “Određivanje parametara zraka u radnom prostoru i zaštita od toplinskih utjecaja” BZZ 3 (proizvođač Intos+ LLC).

Postolje sadrži izvor toplinskog zračenja u obliku kućanskog reflektora ispred kojeg je ugrađen toplinski zaštitni zaslon od različitih materijala (tkanina, lim, set lanaca i sl.). Iza ekrana na različitim udaljenostima od njega, unutar modela sobe, postavljen je uređaj IPP-2 koji mjeri gustoću toplinskog toka. Iznad sobnog modela postavljena je napa s ventilatorom. Mjerni uređaj IPP-2 ima dodatni senzor koji vam omogućuje mjerenje temperature zraka u zatvorenom prostoru. Dakle, postolje BZhZ 3 omogućuje kvantitativnu procjenu učinkovitosti različitih vrsta toplinske zaštite i lokalnih ventilacijskih sustava.

Stalak vam omogućuje mjerenje intenziteta toplinskog zračenja ovisno o udaljenosti do izvora, te određivanje učinkovitosti zaštitnih svojstava zaslona izrađenih od različitih materijala.

IV. Princip rada i konstrukcija uređaja IPP-2.

Strukturno, mjerna jedinica uređaja izrađena je u plastičnom kućištu.

Princip rada uređaja temelji se na mjerenju temperaturne razlike na “pomoćnom zidu”. Veličina temperaturne razlike proporcionalna je gustoći toplinskog toka. Temperaturna razlika se mjeri pomoću trakastog termoelementa smještenog unutar ploče sonde, koji djeluje kao "pomoćni zid".

U načinu rada uređaj vrši ciklička mjerenja odabranog parametra. Postoji prijelaz između načina mjerenja gustoće toplinskog toka i temperature, kao i indikacija napunjenosti baterije u postocima od 0%...100%. Prilikom prebacivanja između načina rada, indikator prikazuje odgovarajući natpis odabranog načina rada. Uređaj također može povremeno automatski snimati izmjerene vrijednosti u trajnu memoriju s vremenskom referencom. Uključivanje/isključivanje snimanja statistike, podešavanje parametara snimanja i očitavanje akumuliranih podataka vrši se pomoću softvera koji se isporučuje na zahtjev.

Osobitosti:

Mogućnost postavljanja pragova zvučnog i svjetlosnog alarma. Pragovi su gornje ili donje granice dopuštene promjene odgovarajuće vrijednosti. Ako se prekorači gornja ili donja vrijednost praga, uređaj detektira taj događaj i zasvijetli LED na indikatoru. Kada je uređaj ispravno konfiguriran, kršenje pragova prati zvučni signal.

· Prijenos izmjerenih vrijednosti na računalo preko RS 232 sučelja.

Prednost uređaja je mogućnost naizmjeničnog spajanja do 8 različitih sondi protoka topline na uređaj. Svaka sonda (senzor) ima svoj individualni kalibracijski koeficijent (faktor pretvorbe Kq), koji pokazuje koliko se napon iz senzora mijenja u odnosu na protok topline. Ovaj koeficijent pomoću koje uređaj konstruira kalibracijsku karakteristiku sonde iz koje se utvrđuje trenutna izmjerena vrijednost toplinskog toka.

Modifikacije sondi za mjerenje gustoće toplinskog toka:

Sonde za protok topline dizajnirane su za mjerenje površinske gustoće protoka topline u skladu s GOST 25380-92.

Izgled sondi protoka topline

1. Tlačna sonda protoka topline s oprugom PTP-HHHP dostupna je u sljedećim modifikacijama (ovisno o rasponu mjerenja gustoće protoka topline):

— PTP-2.0P: od 10 do 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda toplinskog toka u obliku "kovanice" na savitljivom kabelu PTP-2.0.

Raspon mjerenja gustoće toplinskog toka: od 10 do 2000 W/m2.

Modifikacije temperaturnih sondi:

Izgled temperaturnih sondi

1. Potopni toplinski pretvarači TPP-A-D-L temeljeni na termistoru Pt1000 (otporni toplinski pretvarači) i toplinski pretvarači TXA-AD-L temeljeni na XA termoelementu (električni toplinski pretvarači) namijenjeni su za mjerenje temperature različitih tekućih i plinovitih medija, kao i rasuti materijali.

Raspon mjerenja temperature:

— za TPP-A-D-L: od -50 do +150 °C;

— za TXA-A-D-L: od -40 do +450 °C.

Dimenzije:

— D (promjer): 4, 6 ili 8 mm;

— L (duljina): od 200 do 1000 mm.

2. Toplinski pretvarač TXA-A-D1/D2-LP temeljen na XA termoelementu (električni toplinski pretvarač) namijenjen je za mjerenje temperature ravne površine.

Dimenzije:

— D1 (promjer „metalne igle”): 3 mm;

— D2 (promjer baze - “flaster”): 8 mm;

— L (duljina "metalne igle"): 150 mm.

3. Toplinski pretvornik TXA-A-D-LC na bazi XA termoelementa (električni toplinski pretvornik) namijenjen je za mjerenje temperature cilindričnih površina.

Raspon mjerenja temperature: od -40 do +450 °C.

Dimenzije:

— D (promjer) - 4 mm;

— L (duljina „metalne igle”): 180 mm;

— širina trake - 6 mm.

Komplet isporuke uređaja za mjerenje gustoće toplinskog opterećenja medija uključuje:

2. Sonda za mjerenje gustoće toplinskog toka.*

3. Sonda za mjerenje temperature.*

4. Softver**

5. Kabel za spajanje na osobno računalo. **

6. Potvrda o umjeravanju.

7. Upute za uporabu i putovnica za uređaj IPP-2.

8. Atest za termoelektrične pretvarače (temperaturne sonde).

9. Atest za sondu gustoće toplinskog toka.

10. Mrežni adapter.

* - Mjerni rasponi i dizajn sonde određuju se u fazi naručivanja

** - Artikli su dostupni po posebnoj narudžbi.

V. Priprema uređaja za rad i provođenje mjerenja.

Priprema uređaja za rad.

Izvadite uređaj iz kutije za pakiranje. Ako se uređaj unosi u toplu prostoriju iz hladne, potrebno je ostaviti da se uređaj zagrije na sobnu temperaturu unutar 2 sata. Potpuno napunite bateriju unutar četiri sata. Postavite sondu na mjesto gdje će se vršiti mjerenja. Spojite sondu na uređaj. Ukoliko je uređaj predviđen za rad u kombinaciji s osobnim računalom, potrebno je spojiti uređaj na slobodni COM port računala pomoću spojnog kabela. Spojite mrežni adapter na uređaj i instalirajte softver u skladu s opisom. Uključite uređaj kratkim pritiskom na tipku. Ako je potrebno, konfigurirajte uređaj u skladu sa stavkom 2.4.6. Priručnici za rad. Kada radite s osobnim računalom, konfigurirajte mrežnu adresu i brzinu prijenosa uređaja u skladu s paragrafom 2.4.8. Priručnici za rad. Počnite mjeriti.

Ispod je dijagram prebacivanja u načinu rada "Rad".

Priprema i provođenje mjerenja tijekom toplinskih ispitivanja ogradnih konstrukcija.

1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se, u pravilu, s unutarnje strane ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Dopušteno je mjeriti gustoću toplinskih tokova izvana zatvorenih konstrukcija ako ih je nemoguće izvesti iznutra (agresivno okruženje, fluktuacije parametara zraka), pod uvjetom da se održava stabilna temperatura na površini. Uvjeti prijenosa topline prate se pomoću temperaturne sonde i uređaja za mjerenje gustoće toplinskog toka: kada se mjeri 10 minuta. njihova očitanja moraju biti unutar pogreške mjerenja instrumenata.

2. Odabiru se površine koje su specifične ili karakteristične za cjelokupnu ogradnu konstrukciju koja se ispituje, ovisno o potrebi mjerenja lokalne ili prosječne gustoće toplinskog toka.

3. Područja površine ogradnih konstrukcija na kojima je ugrađen pretvarač toplinskog toka čiste se dok se ne uklone vidljive i opipljive hrapavosti.

4. Pretvornik se cijelom svojom površinom čvrsto pritisne na okvirnu strukturu i fiksira u tom položaju, osiguravajući stalni kontakt pretvornika protoka topline s površinom područja koja se proučavaju tijekom svih sljedećih mjerenja.

5. Za radna mjerenja gustoće toplinskog toka, labava površina pretvornika zalijepljena je slojem materijala ili prebojana bojom s istim ili sličnim stupnjem crnila s razlikom od 0,1 kao materijal površinskog sloja. ogradne konstrukcije.

6. Uređaj za očitavanje nalazi se na udaljenosti od 5-8 m od mjesta mjerenja ili u susjednoj prostoriji kako bi se eliminirao utjecaj promatrača na vrijednost protoka topline.

7. Kada se koriste uređaji za mjerenje emf koji imaju ograničenja temperature okoline, oni se postavljaju u prostoriju s temperaturom zraka prihvatljivom za rad ovih uređaja, a pretvarač protoka topline spaja se na njih pomoću produžnih žica.

8. Oprema prema zahtjevu 7 priprema se za rad u skladu s uputama za rad odgovarajućeg uređaja, uključujući uzimanje u obzir potrebnog vremena držanja uređaja za uspostavljanje novog temperaturnog režima u njemu.

Priprema i izvođenje mjerenja

(tijekom laboratorijskog rada na primjeru laboratorijski rad"Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja").

Spojite izvor IR zračenja u strujnu utičnicu. Uključite izvor IC zračenja ( gornji dio) i mjerač gustoće toplinskog protoka IPP-2.

Postavite glavu mjerača gustoće toplinskog toka na udaljenost od 100 mm od izvora IC zračenja i odredite gustoću toplinskog toka (srednja vrijednost tri do četiri mjerenja).

Ručno pomaknite stativ po ravnalu, postavljajući mjernu glavu na udaljenosti od izvora zračenja navedene u tablici 1. i ponovite mjerenja. Podatke mjerenja unesite u obrazac Tablica 1.

Konstruirajte graf ovisnosti gustoće toka IC zračenja o udaljenosti.

Ponovite mjerenja prema paragrafima. 1 - 3 s različitim Unesite podatke mjerenja u obliku tablice 1. Konstruirajte grafove ovisnosti gustoće toka IR zračenja o udaljenosti za svaki ekran.

Obrazac tablice 1

Ocijenite učinkovitost zaštitnog djelovanja paravana pomoću formule (3).

Postavite zaštitni zaslon (prema uputama učitelja), na njega stavite široku četku usisavača. Uključite usisavač u načinu rada za odvod zraka, simulirajući uređaj za ispušnu ventilaciju, i nakon 2-3 minute (nakon uspostavljanja toplinski režim zaslon) odrediti intenzitet toplinskog zračenja na istim udaljenostima kao u stavku 3. Procijeniti učinkovitost kombinirane toplinske zaštite pomoću formule (3).

Nacrtajte ovisnost intenziteta toplinskog zračenja o udaljenosti za određeni zaslon u načinu ispušne ventilacije na općem grafikonu (vidi odlomak 5.).

Odredite učinkovitost zaštite mjerenjem temperature za određeni zaslon sa i bez ispušne ventilacije pomoću formule (4).

Izradite grafikone učinkovitosti zaštite ispušne ventilacije i bez nje.

Postavite usisavač na način puhanja i uključite ga. Usmjerite protok zraka na površinu navedenog zaštitnog zaslona (način tuširanja), ponovite mjerenja u skladu s paragrafima. 7 - 10. Usporedite rezultate mjerenja str. 7-10 (prikaz, ostalo).

Pričvrstite crijevo usisavača na jedan od postolja i uključite usisavač u načinu rada "puhanje", usmjeravajući protok zraka gotovo okomito na protok topline (malo prema) - imitacija zračne zavjese. Pomoću mjerača IPP-2 izmjerite temperaturu IC zračenja bez “puhala” i s njim.

Konstruirajte grafove učinkovitosti zaštite “puhala” pomoću formule (4).

VI. Rezultati mjerenja i njihova interpretacija

(na primjeru laboratorijskog rada na temu “Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja” u jednom od tehnička sveučilišta Moskva).

Stol. Električni kamin EXP-1.0/220. Stalak za postavljanje zamjenjivih ekrana. Stalak za montažu mjerne glave. Mjerač gustoće toplinskog toka IPP-2M. Vladar. Usisavač Typhoon-1200.

Intenzitet (gustoća toka) IR zračenja q određuje se formulom:

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2]

gdje je S površina površine zračenja, m2;

T je temperatura površine koja zrači, K;

r — udaljenost od izvora zračenja, m.

Jedna od najčešćih vrsta zaštite od infracrvenog zračenja je zaštita emitirajućih površina.

Postoje tri vrste ekrana:

· neproziran;

· transparentan;

· proziran.

Prema principu rada sita se dijele na:

· reflektirajuća toplina;

· upijanje topline;

· odvođenje topline.

stol 1

Učinkovitost zaštite od toplinskog zračenja pomoću E zaslona određena je formulama:

E = (q - q3) / q

gdje je q gustoća toka IR zračenja bez zaštite, W/m2;

q3 — gustoća toka IR zračenja uz korištenje zaštite, W/m2.

Vrste zaštitnih ekrana (neprozirnih):

1. Mješoviti zaslon - lančana pošta.

E lančani oklop = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Metalni zaslon s pocrnjelom površinom.

E al+premaz = (1550 - 210) / 1550 = 0,86

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu.

E al = (1550 - 10) / 1550 = 0,99

Nacrtajmo ovisnost gustoće toka IC zračenja o udaljenosti za svaki ekran.

Bez zaštite

Kao što vidimo, učinkovitost zaštitnog djelovanja zaslona varira:

1. Minimalni zaštitni učinak mješovitog zaslona - lančane pošte - 0,63;

2. Aluminijski zaslon s pocrnjenom površinom - 0,86;

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu ima najveći zaštitni učinak - 0,99.

Pri ocjenjivanju toplinsko-tehničkih svojstava ovoja i konstrukcija zgrada i utvrđivanju stvarne potrošnje topline kroz vanjske ogradne konstrukcije koriste se sljedeća osnovna načela: propisi:

· GOST 25380-82. Metoda mjerenja gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrada.

Pri procjeni toplinskih svojstava različitih sredstava zaštite od infracrvenog zračenja koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Zrak radnog prostora. Opći sanitarni i higijenski zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Sredstva za zaštitu od infracrvenog zračenja. Klasifikacija. Opći tehnički zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83 „Sustav standarda zaštite na radu. Sredstva kolektivne zaštite od infracrvenog zračenja. Opći tehnički uvjeti".

20.03.2014

Mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade. GOST 25380-82

Toplinski tok je količina topline prenesena kroz izotermnu površinu u jedinici vremena. Protok topline mjeri se u vatima ili kcal/h (1 W = 0,86 kcal/h). Toplinski tok po jedinici izotermne površine naziva se gustoća toplinskog toka ili toplinsko opterećenje; obično se označava s q, mjereno u W/m2 ili kcal/(m2 ×h). Gustoća toplinskog toka je vektor čija je svaka komponenta brojčano jednaka količini topline prenesenoj u jedinici vremena kroz jedinicu površine okomito na smjer uzete komponente.

Mjerenja gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz zatvorene konstrukcije provode se u skladu s GOST 25380-82 „Zgrade i građevine. Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ogradne konstrukcije.”

Ovaj GOST utvrđuje metodu za mjerenje gustoće toplinskog toka koji prolazi kroz jednoslojne i višeslojne ograde zgrada i građevina - javnih, stambenih, poljoprivrednih i industrijskih.

Trenutno, tijekom izgradnje, prihvaćanja i rada zgrada, kao iu industriji stambenih i komunalnih usluga veliku pažnju obratite pozornost na kvalitetu gradnje i dorade prostora, toplinsku izolaciju stambenih zgrada, kao i uštedu energetskih resursa.

Važan parametar procjene u ovom slučaju je potrošnja topline iz izolacijskih konstrukcija. Ispitivanja kvalitete toplinske zaštite ovoja zgrade mogu se provoditi u različitim fazama: tijekom puštanja zgrade u pogon, kod završenih građevinskih projekata, tijekom građenja, tijekom velikih popravaka konstrukcija, te tijekom rada zgrade za pripremu energetskih putovnica zgrada, a na temelju reklamacija.

Mjerenja gustoće toplinskog toka treba provoditi pri temperaturi okoline od -30 do +50°C i relativnoj vlažnosti ne višoj od 85%.

Mjerenje gustoće toplinskog toka omogućuje procjenu protoka topline kroz ogradne konstrukcije, a time i određivanje toplinsko-tehničkih svojstava ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Ova norma nije primjenjiva na ocjenjivanje toplinskih svojstava ogradnih konstrukcija koje propuštaju svjetlost (staklo, plastika, itd.).

Razmotrimo na čemu se temelji metoda mjerenja gustoće toplinskog toka. Na ovojnicu (konstrukciju) zgrade postavlja se ploča (tzv. “pomoćni zid”). Temperaturna razlika koja se formira na ovom "pomoćnom zidu" proporcionalna je njegovoj gustoći u smjeru toka topline. Temperaturna razlika se pretvara u elektromotornu silu baterija termoparova, koje se nalaze na “pomoćnom zidu” i usmjerene su paralelno duž toplinskog toka, a spojene su u seriju duž generiranog signala. Zajedno, "pomoćni zid" i termoparovi čine transmiter za mjerenje gustoće toplinskog toka.

Na temelju rezultata mjerenja elektromotorne sile baterija termoparova izračunava se gustoća toplinskog toka na prethodno kalibriranim pretvaračima.

Dijagram za mjerenje gustoće toplinskog toka prikazan je na crtežu.

1 - zagradna konstrukcija; 2 - pretvarač protoka topline; 3 - mjerač emf;

t unutra, t n- temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka;

τ n, τ u, τ’ u- temperaturu vanjske i unutarnje površine pregradne konstrukcije u blizini i ispod pretvarača;

R 1, R 2 - toplinska otpornost ograđene strukture i pretvarača toplinskog toka;

q 1 , q 2- gustoća toplinskog toka prije i nakon fiksiranja pretvarača

Izvori infracrvenog zračenja. Infracrvena zaštita na radnom mjestu

λ max = 2,9-103 / T [µm] (1)

gdje je T apsolutna temperatura tijela koje zrači, K.

Infracrveno zračenje dijeli se na tri područja:

kratkovalni (X = 0,7 - 1,4 µm);
srednji val (k = 1,4 - 3,0 µm):
dugovalni (k = 3,0 µm - 1,0 mm).

Infracrveni električni valovi imaju uglavnom toplinski učinak na ljudsko tijelo. Prilikom procjene ovog utjecaja u obzir se uzima sljedeće:

· valna duljina i intenzitet s maksimalnom energijom;

· emitirana površina;

· trajanje izloženosti tijekom radnog dana;

· trajanje kontinuirane izloženosti;

· intenzitet fizičkog rada;

· intenzitet kretanja zraka na radnom mjestu;

· vrsta tkanine od koje je izrađena radna odjeća;

· individualne karakteristike tijela.

Kratkovalno područje uključuje zrake valne duljine λ ≤ 1,4 µm. Karakterizira ih sposobnost prodiranja u tkiva ljudskog tijela do dubine od nekoliko centimetara. Ovo izlaganje uzrokuje ozbiljna oštećenja raznih organa i ljudsko tkivo s otežavajućim posljedicama. Dolazi do povećanja temperature mišića, pluća i drugih tkiva. U krvožilnom i limfnom sustavu stvaraju se specifične biološki aktivne tvari. Funkcioniranje središnjeg živčanog sustava je poremećeno.

Srednjovalno područje uključuje zrake valne duljine λ = 1,4 - 3,0 µm. Prodiru samo u površne slojeve kože, pa je njihov učinak na ljudski organizam ograničen na povećanje temperature izloženih dijelova kože i povećanje tjelesne temperature.

Dugovalno područje – zrake valne duljine λ > 3 µm. Utječući na ljudski organizam, izazivaju najjače povećanje temperature zahvaćenih područja kože, što remeti rad dišnog i kardiovaskularnog sustava i remeti toplinsku ravnotežu orgazma, što dovodi do toplinskog udara.

Prema GOST 12.1.005-88, intenzitet toplinskog zračenja tehnološke opreme i rasvjetnih uređaja koji rade s grijanih površina ne smije prelaziti: 35 W/m 2 pri ozračivanju više od 50% površine tijela; 70 W/m2 uz zračenje od 25 do 50% površine tijela; 100 W/m2 uz zračenje ne više od 25% površine tijela. Iz otvorenih izvora (zagrijani metal i staklo, otvoreni plamen) intenzitet toplinskog zračenja ne smije biti veći od 140 W/m2 uz ozračenje najviše 25% površine tijela i obveznu uporabu osobne zaštitne opreme, uključujući lice i oči. zaštita.

Norme također ograničavaju temperaturu zagrijanih površina opreme u radnom prostoru, koja ne smije prelaziti 45 °C.

Površinska temperatura opreme čija je unutarnja temperatura blizu 100 °C ne smije prelaziti 35 °C.

Glavne vrste zaštite od infracrvenog zračenja uključuju:

1. vremenska zaštita;

2. zaštita daljinom;

3. zaštita, toplinska izolacija ili hlađenje vrućih površina;

4. povećanje prijenosa topline iz ljudskog tijela;

5. osobna zaštitna oprema;

6. uklanjanje izvora topline.

Postoje tri vrste ekrana:

· neproziran;

· transparentan;

· proziran.

Kod neprozirnih zaslona, kada energija elektromagnetskih vibracija stupa u interakciju sa supstancom zaslona, ona se pretvara u toplinsku energiju. Kao rezultat ove transformacije, zaslon se zagrijava i sam postaje izvor toplinskog zračenja. Zračenje s površine zaslona nasuprot izvoru konvencionalno se smatra emitiranim zračenjem iz izvora. Postaje moguće izračunati gustoću toplinskog toka koja prolazi kroz jedinicu površine zaslona.

S prozirnim zaslonima stvari su drugačije. Zračenje koje pada na površinu zaslona raspoređuje se unutar njega prema zakonima geometrijske optike. To objašnjava njegovu optičku prozirnost.

Translucentni zasloni imaju svojstva i prozirnih i neprozirnih.

· reflektirajuća toplina;

· upijanje topline;

· odvođenje topline.

Zapravo, svi zasloni, u jednom ili drugom stupnju, imaju svojstvo upijanja, reflektiranja ili raspršivanja topline. Stoga definicija paravana za pojedinu skupinu ovisi o tome koje je svojstvo najjače izraženo.

Zasloni koji reflektiraju toplinu odlikuju se niskim stupnjem crne površine. Stoga odbijaju većinu zraka koje padaju na njih.

U zaslone koji apsorbiraju toplinu spadaju zasloni kod kojih materijal od kojeg su izrađeni ima nizak koeficijent toplinske vodljivosti (veliku toplinsku otpornost).

Prozirne folije ili vodene zavjese djeluju kao zasloni za uklanjanje topline. Također se mogu koristiti zasloni smješteni unutar staklenih ili metalnih zaštitnih kontura.

E = (q – q 3) / q (3)

E = (t – t 3) / t (4)

q 3 - gustoća toka IR zračenja korištenjem zaštite, W/m 2 ;

t - temperatura IR zračenja bez zaštite, °C;

t 3 - temperatura IR zračenja korištenjem zaštite, °C.

Korišteni instrumenti

Za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade i za provjeru svojstava toplinsko-zaštitnih zaslona, naši su stručnjaci razvili serijske uređaje.

Raspon mjerenja gustoće toplinskog toka: od 10 do 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Područje primjene:

· građenje;

· energetski objekti;

· Znanstveno istraživanje i tako dalje.

Mjerenje gustoće toplinskog toka, kao pokazatelja toplinsko-izolacijskih svojstava različitih materijala, serijskim uređajima provodi se na:

· Toplinska ispitivanja ogradnih konstrukcija;

· određivanje toplinskih gubitaka u mrežama za grijanje vode;

izvođenje laboratorijskog rada na sveučilištima (odjeli „Sigurnost života“, „Industrijska ekologija“ itd.).

Na slici je prikazan prototip postolja “Određivanje parametara zraka u radnom prostoru i zaštita od toplinskih utjecaja” BZZ 3 (proizvođač Intos+ LLC).

Stalak sadrži izvor toplinskog zračenja (kućanski reflektor). Ispred izvora postavljaju se zasloni od različitih materijala (metal, tkanina i sl.). Uređaj se postavlja iza ekrana unutar modela sobe na različitim udaljenostima od ekrana. Ispušna napa s ventilatorom pričvršćena je iznad sobnog modela. Uređaj je osim sonde za mjerenje gustoće toplinskog toka opremljen sondom za mjerenje temperature zraka unutar modela. Općenito, štand je vizualni model za procjenu učinkovitosti različitih vrsta toplinske zaštite i lokalnih ventilacijskih sustava.

Pomoću postolja utvrđuje se učinkovitost zaštitnih svojstava zaslona ovisno o materijalima od kojih su izrađeni i o udaljenosti zaslona od izvora toplinskog zračenja.

Princip rada i konstrukcija uređaja IPP-2

Strukturno, uređaj je izrađen u plastičnom kućištu. Na prednjoj ploči uređaja nalaze se četveroznamenkasti LED indikator i upravljačke tipke; Na bočnoj površini nalaze se priključci za povezivanje uređaja s računalom i mrežnim adapterom. Na gornjoj ploči nalazi se konektor za spajanje primarnog pretvarača.

Izgled uređaja

1 - LED indikator stanja baterije

2 - LED indikacija prekoračenja praga

3 - Indikator mjerne vrijednosti

4 - Konektor za spajanje mjerne sonde

5 , 6 - Kontrolne tipke

7 - Konektor za spajanje na računalo

8 - Konektor za spajanje mrežnog adaptera

Princip rada

Prikaz mjerenja i načina rada uređaja

Uređaj ispituje mjernu sondu, izračunava gustoću toplinskog toka i prikazuje njegovu vrijednost na LED indikatoru. Interval ispitivanja sonde je oko jedne sekunde.

Registriranje mjerenja

Podaci dobiveni od mjerne sonde bilježe se u trajnu memoriju uređaja s određenim periodom. Podešavanje razdoblja, očitavanje i pregledavanje podataka vrši se pomoću softvera.

Komunikacijsko sučelje

Pomoću digitalnog sučelja s uređaja se mogu očitati trenutne izmjerene vrijednosti temperature, akumulirani mjerni podaci i promijeniti postavke uređaja. Mjerna jedinica može raditi s računalom ili drugim kontrolerima preko RS-232 digitalnog sučelja. Brzinu razmjene putem RS-232 sučelja korisnik može podesiti od 1200 do 9600 bps.

Značajke uređaja:

mogućnost postavljanja pragova zvučnog i svjetlosnog alarma;
prijenos izmjerenih vrijednosti na računalo putem RS-232 sučelja.

Prednost uređaja je mogućnost naizmjeničnog spajanja do 8 različitih sondi protoka topline na uređaj. Svaka sonda (senzor) ima svoj individualni kalibracijski koeficijent (faktor pretvorbe Kq), koji pokazuje koliko se napon iz senzora mijenja u odnosu na protok topline. Pomoću ovog koeficijenta uređaj konstruira kalibracijsku karakteristiku sonde, koja služi za određivanje trenutne izmjerene vrijednosti toplinskog toka.

Modifikacije sondi za mjerenje gustoće toplinskog toka:

Sonde za protok topline dizajnirane su za mjerenje površinske gustoće protoka topline u skladu s GOST 25380-92.

Izgled sondi protoka topline

1. Tlačna sonda protoka topline s oprugom PTP-HHHP dostupna je u sljedećim modifikacijama (ovisno o rasponu mjerenja gustoće protoka topline):

PTP-2.0P: od 10 do 2000 W/m2;

PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda toplinskog toka u obliku "kovanice" na savitljivom kabelu PTP-2.0.

Raspon mjerenja gustoće toplinskog toka: od 10 do 2000 W/m2.

Modifikacije temperaturnih sondi:

Izgled temperaturnih sondi

Raspon mjerenja temperature:

Za TPP-A-D-L: od -50 do +150 °C;

Za TXA-A-D-L: od -40 do +450 °C.

Dimenzije:

D (promjer): 4, 6 ili 8 mm;

L (duljina): od 200 do 1000 mm.

2. Toplinski pretvarač TXA-A-D1/D2-LP temeljen na XA termoelementu (električni toplinski pretvarač) namijenjen je za mjerenje temperature ravne površine.

Dimenzije:

D1 (promjer “metalne igle”): 3 mm;

D2 (promjer baze – “flaster”): 8 mm;

L (duljina “metalne igle”): 150 mm.

3. Toplinski pretvornik TXA-A-D-LC na bazi XA termoelementa (električni toplinski pretvornik) namijenjen je za mjerenje temperature cilindričnih površina.

Raspon mjerenja temperature: od -40 do +450 °C.

Dimenzije:

D (promjer) – 4 mm;

L (duljina “metalne igle”): 180 mm;

Širina trake – 6 mm.

Komplet isporuke uređaja za mjerenje gustoće toplinskog opterećenja medija uključuje:

1. Mjerač gustoće toplinskog toka (mjerna jedinica).

2. Sonda za mjerenje gustoće toplinskog toka.*

3. Sonda za mjerenje temperature.*

4. Softver**

5. Kabel za spajanje na osobno računalo. **

6. Potvrda o umjeravanju.

7. Upute za uporabu i putovnica za uređaj.

8. Atest za termoelektrične pretvarače (temperaturne sonde).

9. Atest za sondu gustoće toplinskog toka.

10. Mrežni adapter.

* – Mjerni rasponi i dizajn sonde određuju se u fazi naručivanja

** – Artikli su dostupni po posebnoj narudžbi.

Priprema uređaja za rad i mjerenja

1. Izvadite uređaj iz kutije za pakiranje. Ako se uređaj unosi u toplu prostoriju iz hladne, potrebno je ostaviti uređaj da se zagrije na sobnu temperaturu najmanje 2 sata.

2. Napunite baterije spajanjem AC adaptera na uređaj. Vrijeme punjenja potpuno ispražnjene baterije je najmanje 4 sata. Kako bi se produžio vijek trajanja baterija Preporuča se izvršiti potpuno pražnjenje jednom mjesečno dok se uređaj automatski ne isključi, nakon čega slijedi potpuno punjenje.

3. Spojite mjernu jedinicu i mjernu sondu spojnim kabelom.

4. Kada je uređaj opremljen diskom sa softver, instalirajte ga na svoje računalo. Spojite uređaj na slobodni COM port računala odgovarajućim spojnim kabelima.

5. Uključite uređaj kratkim pritiskom na tipku "Odaberi".

6. Kada je uređaj uključen, uređaj provodi samotestiranje u trajanju od 5 sekundi. Ako postoje unutarnje greške, uređaj prikazuje broj greške na indikatoru, popraćen zvučnim signalom. Nakon uspješnog testiranja i završetka opterećenja, indikator prikazuje trenutnu vrijednost gustoće toplinskog toka. Objašnjenje grešaka u ispitivanju i drugih grešaka u radu uređaja dano je u odjeljku 6 ovog priručnika za uporabu.

7. Nakon korištenja isključite uređaj kratkim pritiskom na tipku "Odaberi".

8. Ako planirate pohraniti uređaj na duže vrijeme (više od 3 mjeseca), trebali biste izvaditi baterije iz odjeljka za baterije.

Ispod je dijagram prebacivanja u načinu rada "Rad".

Priprema i provođenje mjerenja tijekom toplinskih ispitivanja ogradnih konstrukcija.

1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se, u pravilu, s unutarnje strane ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Dopušteno je mjeriti gustoću toplinskih tokova izvana zatvorenih konstrukcija ako ih je nemoguće izvesti iznutra (agresivno okruženje, fluktuacije parametara zraka), pod uvjetom da se održava stabilna temperatura na površini. Uvjeti prijenosa topline prate se pomoću temperaturne sonde i uređaja za mjerenje gustoće toplinskog toka: kada se mjeri 10 minuta. njihova očitanja moraju biti unutar pogreške mjerenja instrumenata.

2. Odabiru se površine koje su specifične ili karakteristične za cjelokupnu ogradnu konstrukciju koja se ispituje, ovisno o potrebi mjerenja lokalne ili prosječne gustoće toplinskog toka.

3. Područja površine ogradnih konstrukcija na kojima je ugrađen pretvarač toplinskog toka čiste se dok se ne uklone vidljive i opipljive hrapavosti.

5. Za radna mjerenja gustoće toplinskog toka, labava površina pretvornika zalijepljena je slojem materijala ili prebojana bojom s istim ili sličnim stupnjem crnila s razlikom od Δε ≤ 0,1 kao i materijal od kojeg je izrađen. površinski sloj ogradne konstrukcije.

6. Uređaj za očitavanje nalazi se na udaljenosti od 5-8 m od mjesta mjerenja ili u susjednoj prostoriji kako bi se eliminirao utjecaj promatrača na vrijednost protoka topline.

Priprema i izvođenje mjerenja

(kod izvođenja laboratorijskog rada na primjeru laboratorijskog rada „Proučavanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja“)

Spojite izvor IR zračenja u strujnu utičnicu. Uključite izvor IC zračenja (gornji dio) i mjerač gustoće toplinskog toka IPP-2.

Postavite glavu mjerača gustoće toplinskog toka na udaljenost od 100 mm od izvora IC zračenja i odredite gustoću toplinskog toka (srednja vrijednost tri do četiri mjerenja).

Ručno pomaknite stativ po ravnalu, postavljajući mjernu glavu na udaljenosti od izvora zračenja navedene u tablici 1. i ponovite mjerenja. Podatke mjerenja unesite u obrazac Tablica 1.

Konstruirajte graf ovisnosti gustoće toka IC zračenja o udaljenosti.

Ponovite mjerenja prema paragrafima. 1 - 3 s različitim zaštitnim zaslonima (aluminij koji reflektira toplinu, tkanina koja apsorbira toplinu, metal s pocrnjelom površinom, mješoviti - lančani oklop). Podatke mjerenja unesite u obliku tablice 1. Konstruirajte grafove ovisnosti gustoće toka IR zračenja o udaljenosti za svaki ekran.

Obrazac tablice 1

Ocijenite učinkovitost zaštitnog djelovanja paravana pomoću formule (3).

Postavite zaštitni zaslon (prema uputama učitelja) i na njega postavite široku četku usisavača. Uključite usisavač u načinu rada za odvod zraka, simulirajući uređaj za ispušnu ventilaciju i nakon 2-3 minute (nakon uspostavljanja toplinskog načina rada zaslona) odredite intenzitet toplinskog zračenja na istim udaljenostima kao u točki 3. Ocijenite učinkovitost kombinirane toplinske zaštite prema formuli (3).

Nacrtajte ovisnost intenziteta toplinskog zračenja o udaljenosti za određeni zaslon u načinu ispušne ventilacije na općem grafikonu (vidi odlomak 5.).

Odredite učinkovitost zaštite mjerenjem temperature za određeni zaslon sa i bez ispušne ventilacije pomoću formule (4).

Izradite grafikone učinkovitosti zaštite ispušne ventilacije i bez nje.

Pričvrstite crijevo usisavača na jedan od postolja i uključite usisavač u načinu rada "puhanje", usmjeravajući protok zraka gotovo okomito na protok topline (malo prema) - imitacija zračne zavjese. Mjerom izmjerite temperaturu IC zračenja bez i s “puhaljkom”.

Konstruirajte grafove učinkovitosti zaštite “puhala” pomoću formule (4).

Rezultati mjerenja i njihova interpretacija

(na primjeru laboratorijskog rada na temu "Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja" na jednom od tehničkih sveučilišta u Moskvi).

Stol.
Električni kamin EXP-1.0/220.
Stalak za postavljanje zamjenjivih ekrana.
Stalak za montažu mjerne glave.
Mjerač gustoće toplinskog toka.
Vladar.
Usisavač Typhoon-1200.

Intenzitet (gustoća toka) IR zračenja q određuje se formulom:

q = 0,78 x S x (T 4 x 10 -8 - 110) / r 2 [W/m 2 ]

gdje je S površina površine zračenja, m2;

T je temperatura površine koja zrači, K;

r - udaljenost od izvora zračenja, m.

Jedna od najčešćih vrsta zaštite od infracrvenog zračenja je zaštita emitirajućih površina.

Postoje tri vrste ekrana:

·neproziran;

·transparentan;

· proziran.

Prema principu rada sita se dijele na:

·reflektirajući toplinu;

·upija toplinu;

· odvođenje topline.

Učinkovitost zaštite od toplinskog zračenja pomoću E zaslona određena je formulama:

E = (q – q 3) / q

gdje je q gustoća toka IR zračenja bez zaštite, W/m2;

q3 - Gustoća toka IR zračenja uz korištenje zaštite, W/m 2.

Vrste zaštitnih ekrana (neprozirnih):

1. Mješoviti zaslon - lančana pošta.

E verižnjača = (1550 – 560) / 1550 = 0,63

2. Metalni zaslon s pocrnjelom površinom.

E al+premaz = (1550 – 210) / 1550 = 0,86

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu.

E al = (1550 – 10) / 1550 = 0,99

Nacrtajmo ovisnost gustoće toka IC zračenja o udaljenosti za svaki ekran.

Kao što vidimo, učinkovitost zaštitnog djelovanja zaslona varira:

1. Minimalni zaštitni učinak mješovitog zaslona - lančane pošte - 0,63;

2. Aluminijski zaslon zacrnjene površine – 0,86;

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu ima najveći zaštitni učinak - 0,99.

Normativne reference

Pri ocjenjivanju toplinsko-tehničkih svojstava ovojnica i konstrukcija zgrade i utvrđivanju stvarne potrošnje topline kroz vanjske ovojnice zgrade koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 25380-82. Metoda mjerenja gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrada.

· Pri procjeni toplinskih svojstava različitih sredstava zaštite od infracrvenog zračenja koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Zrak radnog prostora. Opći sanitarni i higijenski zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Sredstva za zaštitu od infracrvenog zračenja. Klasifikacija. Opći tehnički zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83 „Sustav standarda zaštite na radu. Sredstva kolektivne zaštite od infracrvenog zračenja. Opći tehnički uvjeti".

Količina topline koja prolazi kroz određenu površinu u jedinici vremena naziva se toplinski tok Q, uto

Količina topline kroz jedinicu površine u jedinici vremena naziva se gustoća toplinskog toka odnosno specifični protok topline i karakterizira intenzitet prijenosa topline.

Gustoća toplinskog toka q, usmjerena je normalno na izotermnu površinu u smjeru suprotnom od temperaturnog gradijenta, tj. u smjeru pada temperature.

Ako je poznata raspodjela q na površini F, zatim ukupna količina topline Qτ prošao kroz ovu površinu u vremenu τ , dobiveno jednadžbom:

i protok topline:

Ako vrijednost q je konstantan na površini koja se razmatra, tada:

Fourierov zakon

Ovaj zakon postavlja količinu protoka topline kada se toplina prenosi kondukcijom. Francuski znanstvenik J.B. Fourier 1807. ustanovio je da je gustoća toplinskog toka kroz izotermnu površinu proporcionalna temperaturnom gradijentu:

Znak minus u (9.6) označava da je tok topline usmjeren u smjeru suprotnom od temperaturnog gradijenta (vidi sliku 9.1.).

Gustoća toplinskog toka u bilo kojem smjeru l predstavlja projekciju na ovaj smjer toka topline u normalnom smjeru:

Koeficijent toplinske vodljivosti

Koeficijent λ , W/(m·K), u jednadžbi Fourierovog zakona numerički je jednaka gustoći toplinskog toka kada temperatura padne za jedan Kelvin (stupanj) po jedinici duljine. Koeficijent toplinske vodljivosti raznih tvari ovisi o njihovoj fizička svojstva. Za određeno tijelo vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti ovisi o građi tijela, njegovoj zapreminskoj težini, vlažnosti, kemijski sastav, pritisak, temperatura. U tehničkim proračunima vrijednost λ uzeti iz referentnih tablica, te je potrebno osigurati da uvjeti za koje je u tablici navedena vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti odgovaraju uvjetima proračunskog problema.

Koeficijent toplinske vodljivosti posebno jako ovisi o temperaturi. Za većinu materijala, kao što pokazuje iskustvo, ova se ovisnost može izraziti linearnom formulom:

Gdje λ o - koeficijent toplinske vodljivosti pri 0 °C;

β - temperaturni koeficijent.

Koeficijent toplinske vodljivosti plinova, a posebno para, jako ovisi o tlaku. Numerička vrijednost Koeficijent toplinske vodljivosti za različite tvari varira u vrlo širokom rasponu - od 425 W/(m K) za srebro do vrijednosti reda veličine 0,01 W/(m K) za plinove. To se objašnjava činjenicom da je mehanizam prijenosa topline toplinskom vodljivošću u različitim fizička okruženja drugačiji.

Metali imaju najveća vrijednost koeficijent toplinske vodljivosti. Toplinska vodljivost metala opada s porastom temperature i naglo se smanjuje u prisutnosti nečistoća i legirajućih elemenata. Tako je toplinska vodljivost čistog bakra 390 W/(m K), a bakra s tragovima arsena 140 W/(m K). Toplinska vodljivost čistog željeza je 70 W/(m K), čelika s 0,5% ugljika 50 W/(m K), legiranog čelika s 18% kroma i 9% nikla samo 16 W/(m K).

Ovisnost toplinske vodljivosti nekih metala o temperaturi prikazana je na sl. 9.2.

Plinovi imaju nisku toplinsku vodljivost (oko 0,01...1 W/(m K)), koja se jako povećava s porastom temperature.

Toplinska vodljivost tekućina opada s porastom temperature. Iznimka je voda i glicerol. Općenito, koeficijent toplinske vodljivosti kapljičnih tekućina (voda, ulje, glicerin) veći je od plinova, ali niži od čvrste tvari i nalazi se u rasponu od 0,1 do 0,7 W/(m K).

Riža. 9.2. Utjecaj temperature na toplinsku vodljivost metala